Acid dezoxiribonucleic (ADN) a fost identificat pentru prima dată în 1868 de Friedrich Miescher, biolog elvețian, în nuclee de celule de puroi obținute din bandaje chirurgicale aruncate. Substanța pe care a găsit-o conținea o parte acidă, acid nucleic, și o parte de bază (alcalină), pe care acum o știm proteine histonice, care se leagă de acidul nucleic.
Ce componentă a fost materialul genetic? Mulți oameni de știință erau siguri că este o proteină. La urma urmei, proteinele aveau atât de multe subunități (20 aminoacizi) încât părea evident că există în cadrul proteinelor posibilitatea unei mult mai multe diversități în exprimarea codului genetic decât în ADN, care are doar 4 subunități. Fiecare subunitate este identică, cu excepția baza:
Aflați aceste structuri. Faceți clic aici pentru Quiz!
Principiul transformator - ADN-ul ar putea fi materialul genetic
Hypertextbook MIT
În 1943, Oswald Avery, Colin Macleod și Maclyn McCarty, de la Institutul Rockefeller, au descoperit că diferite tulpini ale bacteriei Strepotococcus pneumonae ar putea avea efecte diferite asupra unui șoarece. O tulpină virulentă ar putea ucide un șoarece injectat, iar o altă tulpină avirulentă nu a avut niciun efect. Când tulpina virulentă a fost ucisă la căldură și injectată la șoareci, nu a existat niciun efect. Dar când o tulpină virulentă ucisă prin căldură a fost coinjectată cu tulpina avirulentă, șoarecii au murit. Ce principiu transformator a fost tulpina virulentă moartă care a dat tulpina avirulentă pentru ao face letală?
Acest fenomen al transformare, absorbția ADN-ului și încorporarea într-un genom, se realizează în mod obișnuit în biotehnologie. .
Chargaff - Conținutul de nucleotide în ADN
În 1950, Erwin Chargaff de la Universitatea Columbia a descoperit că indiferent de țesutul unui animal la care s-a uitat, conținutul procentual al fiecăruia dintre patru nucleotide a fost la fel, deși procentele puteau varia de la specie la specie. La toate animalele:
Semnificația acestor rezultate a fost trecută cu vederea timp de trei ani, dar au fost cruciale pentru elucidarea structurii ADN-ului.
Watson și Crick - Helixul dublu
La sfârșitul anului 1953, James Watson și Francis Crick au prezentat un model al structurii ADN-ului (vezi lucrarea lor în Nature.) Se știa deja din studiile chimice că ADN-ul era un polimer al unităților nucleotidice (zahăr, bază și fosfat). Datele critografice cu raze X obținute de Rosalind Franklin, combinate cu rezultatele anterioare de la Chargaff și chimisti, au fost combinate de Watson și Crick, care „au împrumutat” datele din propunerea de finanțare a lui Franklin. După mai multe porniri false, inclusiv formele tautomerice greșite ale bazelor, au conceput acest model:
Tom Strachan și Andrew P. Read, Genetica moleculară umană, BIOS
În cele mai multe condiții celulare, această moleculă de ADN bicatenar se va înfășura în mod natural într-un Helix în formă de B, cu o rotație la 10,4 perechi de baze. Cu toate acestea sunt posibile și alte structuri (vezi mai jos).
Fiecare fir al ADN-ului este compus din nucleotide:
Hypertextbook MIT.
Se formează nucleotidele Perechi de baze:
Hypertextbook MIT.
Adenină perechi cu Timina pentru că fac două legături de hidrogen.
Guanine perechi cu Citozină pentru că fac trei legături de hidrogen.
Perechile de baze stivuite formează a groove majore și a canelură minoră. Diferite proteine reglatoare se vor lega de canelura majoră sau minoră. Vedea Model de umplere a spațiului.
Fiecare bază se atașează la un fosfat la 3 'OH, si este 5'OH. Poziția 2 'carbon nu are OH; de aici și partea „deoxi” a ADN-ului. Lipsa 2 'OH stabilizează foarte mult ADN-ul, comparativ cu ARN-ul, deoarece previne hidroliza intramoleculară a legăturilor fosfat.
Hypertextbook MIT.
Perechile de baze „se stivuiesc” ca niște trepte pe o scară, din cauza interacțiunilor favorabile dintre orbitalii pi care se extind în afara structurii inelului heteroaromatic al fiecărei baze.
| Molecule și teste |
| Test de bază ADN - Cel mai ușor |
| Nucleotide avansate |
| Test ADN mai avansat |
| Model de umplere a spațiului |
| ADN-B și ARN-A |
Forme elicoidale de ADN
Structura helixului ADN în formă de B a fost determinată mai întâi prin analiza cu raze X a moleculelor cristalizate.
Cu toate acestea, alte forme de helix pot fi stabile în anumite condiții de sare, pH și temperatură. De fapt, formele triple-elicoidale ( ADN triplex, forma H. ) a fost găsit.
Anumite site-uri de reglare din celule par să aibă o secvență de ADN care ia o formă nestandardizată, uneori asistată de o proteină.
Mai mult, tehnologii ADN folosesc proprietăți neobișnuite ale ADN-ului pentru a construi medicamente genetice . Medicamentele genetice sunt bucăți de ADN artificial care pot hibridiza la o regiune a genomului și opriți transcrierea genelor, cum ar fi o genă a cancerului.
Stabilitatea ADN-ului
ADN-ul este o moleculă stabilă; bucăți scurte de ADN pot rămâne intacte în fosile și mumii mii de ani.
Cu toate acestea, în soluția de apă, anumite condiții chimice pot destabiliza ADN-ul.
De exemplu:
Acidul (pH scăzut) determină detașarea purinelor de coloana vertebrală.
Alcaliul (pH ridicat) previne legarea hidrogenului, astfel încât cele două fire se despart.
Acesta este unul dintre motivele pentru care toate ființele vii trebuie să își regleze propriul pH, așa cum au studiat studenții Kenyon din laboratorul de cercetare a pH-ului bacterian finanțat de NSF.
Supraîncărcarea
În aproape toate celulele vii, ADN-ul conține supraturnări negative . Aceasta înseamnă că este „înfășurat”, ca o bucată de fir care a fost răsucită în direcția opusă în care sunt înfășurate firele multiple. Aceasta se numește superînfășurare negativă. Supraîncărcarea negativă poate ajuta la replicarea și transcrierea ADN-ului prin scăderea energiei necesare pentru topirea helixului. Vezi molecula Topoisomerază.
La bacterii, superturnurile negative sunt menținute de structura circulară închisă a cromozomului: este imposibil să derulezi superturnurile.
În eucariote, supraturnările negative sunt menținute prin înfășurarea helixului ADN în jur histone proteine.
1. Experimentele de simulare a vieții timpurii arată că baza adeninei s-ar fi format spontan din cianură de hidrogen, pe Pământul timpuriu anaerob. Arată cum se pot potrivi cinci molecule de HCN pentru a forma exact o moleculă de adenină.
2. Ce fel de încărcare este pe majoritatea proteinelor care ocupă 60% din cromozom? De ce?
3. Dacă analiza chimică a unui genom dezvăluie 23% guanină, care sunt procentele celorlalte trei baze - A, T și C?
4. Dacă un anumit sit ADN trebuie să se despartă cu ușurință, pentru funcții de reglementare, ce tip de perechi de baze ar putea fi favorizate în acel sit?
5. Să presupunem că o moleculă aromatică cu o mulțime de orbitali pi ar putea insera între două perechi de baze ca un sandwich. Ce s-ar întâmpla pe măsură ce enzimele „citesc” informațiile despre ADN?
6. Unele Archaea (microbi ai celui de-al treilea Regat al organismelor) care trăiesc la o temperatură și presiune extrem de ridicate au pozitiv ADN supraînfășurat. De ce?
Replicarea ADN-ului
ADN-ul se replică semiconservativ. Replicarea începe prin deschiderea helixului ADN la o anumită secvență numită an originea replicării (ori). Bacteriile, chiar și în timpul creșterii logaritmice, au o poziție HARTA unde ADN-ul poate provoca replicarea. Eucariotele au MULTE origini de replicare, care rulează simultan. În ambele cazuri, fiecare origine a replicării rulează bidirecțional, cu DOUĂ furci de replicare.
Experimentați pentru a arăta replicarea semiconservativă
Replicarea semiconservativă bidirecțională poate fi demonstrată prin observarea ADN-ului din celule care se reproduc în prezența nucleotidelor marcate radioactiv. Ambele părți ale ADN-ului de divizare vor fi marcate. Cum ar arăta diagramele de mai sus, dacă ADN-ul de replicare ar fi radiomarcat?
Etape moleculare ale replicării ADN-ului
Replicarea ADN-ului este mediată de enzime și proteine de legare. O funcție crucială este de a derula helixul, permițându-i să „dezarhiveze” bazele expuse pentru a se împerechea cu firul în creștere. Cum se poate derula helixul fără să se destrame? Pentru a vedea un exemplu, vizualizați topoizomeraza I.
Replicarea ADN trebuie să fie rapid și exact. Pentru a urma procesul pas cu pas, faceți clic pe imagine:
1. Enzima Helicase desfășoară ADN-ul. Această reacție are nevoie de ATP. La fiecare furcă de replicare, ADN-ul monocatenar expus este protejat de proteinele de legare monocatenare (ssb). Enzima primază se leagă, pregătindu-se să producă primeri de ARN.
2. Enzima primază produce molecule primer ARN. Fiecare primer hibridizează (perechi de baze) cu ADN, la originea replicării. Capătul 3 'OH va atașa noi nucleoxide deoxi (dNTP). Grundurile vor porni fiecare un fir principal,
3. ADN polimeraza III (Pol III) atașează noi dNTP-uri la capătul 3 'OH al lanțului de creștere al catenei principale, care se alungește către furca de replicare, 5' la 3 '. (Pentru fiecare origine, există DOUĂ fire principale; de ce?) Pentru fiecare NTP, se eliberează un pirofosfat (PP), furnizând energia necesară.
4. Mai mulți primeri hibridizează cu firul opus al ADN-ului. Pol III începe să se alunge de 5 'la 3', dar continuă să ruleze în spatele unui primer ARN. Aceasta este firul care rămâne în urmă. Există DOUĂ șuvițe întârziate (de ce?)
5. ADN-polimeraza I (Pol I) începe de la „scobituri” în firele în creștere. Editează firul prin îndepărtarea bazelor din fața acestuia (capătul 5 '), inclusiv ARN și bazele nepotrivite, în timp ce alungesc firul "în spatele" 5' la 3 '. Înlocuiește toate nucleotidele ARN cu dNTP.
6. Ligaza etanșează legăturile fosfat la toate „nichele” din ADN.
7. Editarea endonucleazelor acciză nucleotide nepotrivite, înlocuind cu potrivirea corespunzătoare. De unde știu care este ADN-ul vechi vs. ADN nou? Vechiul ADN conține grupări metil pe unele dintre bazele sale de citozină.
8. Giraza restabilește supraturnările negative în ADN. Este nevoie de ATP.
9. Metilazele adaugă grupuri metil la noul ADN, în aceleași poziții ca firele originale. Acum, cele două helici fiice nu se disting între ele și de helixul original.
Buton Quiz: Quiz
ADN polimerazele și alți factori implicați în proces au fost inițial descoperiți prin eforturi de purificare a proteinelor. Cheia acestei tehnici este cromatografia lichidă.
Ipoteze de moștenire mendeliană
- Mediu constant (temperatură, nutriție, lumina soarelui etc.)
- Trăsături influențate numai de loci genici cunoscuți
- Genele se sortează independent - zero „legătură”
Utilizare Flori tutorial: p: \ data \ biology \ biol14 \ tutorial \ flowers.exe
Cunoașteți acești termeni:
- Genus Locus
- Gene Product
- Alele
- Alele dominante și recesive; Alele nule
- Trăsătură
- Genotip
- Fenotip
- Hibrid: monohibrid; Dihybrid - Dihybrid Cross - Dihybrid Cross (copie locală)
- Crucea de sine
- Crucea de testare sau Crucea din spate (când sunt aceleași - și când nu?)
- Reguli de probabilitate
Practică genetică mendeliană dintr-un curs la MIT.
Virtual Fly: Crește-ți propriile muște de fructe.
Alte legături:
Genetica calului: descrie fenotipuri și genotipuri interesante de cal, încrucișări și rezultate
Moștenirea mendeliană online la om: referința unui medic profesionist asupra bolilor moștenite
Alele: Ce sunt?
Un alele este o versiune specială a unei secvențe ADN date. „Alela” este un termen relativ, care implică mai multe versiuni sau copii posibile, precum diferite ediții ale unei cărți. La fel ca edițiile unei cărți, toate alelele existente rezultă dintr-un proces de schimbare, fie schimbare graduală, fie drastică.
Alela 1
ATCGTTAGATTACAGATTTACCGA
TAGCAATCTAATGTCTAAATCCGT
Alela 2
ATCGTTAGATT C CAGATTTACCGA
TAGCAATCTAA G GTCTAAATCCGT
Alela 3
ATCGTTAG TGTAAT GATTTACCGA
TAGCAATC ACATTA CTAAATCCGT
Alela 4
ATCGTTAG-GATTTACCGA
TAGCAATC-CTAAATCCGT
Observați că pot exista mai mult de doi posibile alele pentru un locus genetic determinat (dar numai două la un moment dat, la un individ diploid dat).
Alele multiple poate însemna mai multe combinații diferite posibile pentru indivizi. Un exemplu de alele multiple este tipul de sânge uman - alelele A sau B codifică o proteină serică din sânge, în timp ce alela O nu produce proteine (o alelă nulă). Locii genetice care conferă trăsături de tip tisular pot avea 20 sau mai multe alele diferite.
Alele naturale și „artificiale”
- Alelele naturale rezultă din evoluție, procesul de selecție naturală.
- Alelele artificiale pot fi create prin genetică moleculară.
- Atât alelele naturale, cât și cele artificiale pot fi utilizate de către omul de știință în scopuri de reproducere.
Alelele pot fi observate ca polimorfisme ale ADN-ului, folosind digestie de restricție și electroforeză pe gel (vezi Săptămâna 7).
O alelă poate fi legată de o boală moștenită - un indiciu referitor la locusul genei defect în boală.
Care dintre cele patru alele (M1-M4) este legată de această boală?
Este posibil ca boala să fie dominantă sau recesivă?
Pentru raportul unui student Kenyon despre o boală moștenită în familia ei, a se vedea Complexul de scleroză tuberoasă.
Alele conferă trăsături, prin exprimare produse genetice, care sunt fie ARNm și proteină, fie un ARN funcțional. Dar modul în care determină o „trăsătură vizibilă” nu este simplu. Gandeste-te la asta:
Ochii mustei fructelor au doi pigmenti, maro si stacojiu. Muștele normale produc
ambii pigmenți, dar o tulpină cu gena B defectă are ochi căprui și a
tulpina cu gena S defectă are ochi stacojii.
În tipul sălbatic, CE GEN (B sau S) face ce pigment (maro sau stacojiu)? Soluţie
În practică, cele mai frecvente alele „noi” (care apar din mutație) sunt deseori denumite pentru un fenotip rezultat din absența produsului lor genetic. Astfel, alela pentru o genă care produce pigment stacojiu este denumită „maro” pentru ochiul brun în absența pigmentului stacojiu.
Luați în considerare albinismul sau pierderea pigmentării, un fenotip foarte frecvent observat la multe specii de animale și plante. Alelele pot conferi pierderea pigmentării în două moduri diferite:
- Albinism recesiv. Alela codifică o enzimă care transformă precursorii pigmentului în pigment întunecat; sau o proteină necesară pentru depunerea pigmentului. (Oameni; șoareci; pinguini.)
- Suprimarea dominantă a culorilor. Alela codifică o proteină reglatoare care reprimă sinteza sau depunerea pigmentului. (Cal; foxglove)
Motivul pentru care moștenirea mendeliană poate „funcționa” este că, în multe cazuri, putem menține constanți toți factorii de mai sus, pentru un anumit genotip (gene care afectează o trăsătură) și o dată fenotip (aspectul trăsăturii).
Boala falciformă este cauzată de un defect al unei singure perechi de baze în beta-globina umană.
- Genotipul dublu recesiv - celulele roșii din sânge, care sunt sub stres.
- Heterozigot unic recesiv - celule secera numai atunci când sunt atacate de paraziții malariei. Previne malaria.
Pentru ca modelul de tulpină să prezinte patologia falciformă, genele șoarecilor nativi - toate la loci separați - trebuie să fie defecte (alele nule.) Avem o tulpină transgenică de șoarece, conținând Hb-alfa uman, Hb-beta-secera pe un transgen, Tg (Hu), inserat undeva în genomul șoarecelui (nu la genele globinei șoarecelui.) Dar șoarecele încă are propriile gene producătoare alfa și beta globină.
Pentru a construi această tulpină, tulpina transgenică a fost intersectată cu o tulpină de șoarece heterozigotă pentru nele alele pentru alfa și beta globină.
Tg (Hu) Mouse-alfa-Hb Mouse-beta-Hb
-------- ---------------------- ----------------------
Tg (Hu) Mouse-alfa-Hb Mouse-beta-Hb
De câte generații ai avea nevoie să traversezi?
Ce proporție de șoareci ar arăta fenotipul dorit al sângelui cu globine în întregime umane?
Ce ar trebui să facă cercetătorii pentru a crea un model similar cu sânge uman exclusiv normal? De ce ar fi important acest lucru pentru a utiliza modelul? (Pentru mai multe interese, citiți Ryan și colab., 1997)
- Fit Kitchen 101 Pentru Pierdere în Greutate Capitolul 2 Cum să vă construiți farfuria de Courtley Terrasi Medium
- Ekaterinburg își confruntă trecutul - Romanovii capitolul final
- Capitolul 10 - Nutriție pentru sănătate - descărcare ppt
- Capitolul 14 Nutriția adolescenților - descărcare video ppt online
- Capitolul 04 - Echilibrul energetic în corp Flashcards de Sue Wise Brainscape